碳纳米管的封口

在本教程，您将学习怎样创建一个封口的纳米管。具体地，您将：

本教程使用特定版本的QuantumATK创建，因此涉及的截图和脚本参数可能与您实际使用的版本略有区别，请在学习时务必注意。

在本教程我们将创建一个由 C₆₀ 半球体盖上的（5, 5）碳纳米管。虽然已经有很多纳米管和富勒烯的组合，但运用本教程的方法可以创建一个加帽的纳米管。

创建一个扩展的（5, 5）碳纳米管

1. 打开 QuantumATK，点击 Create New 创建一个新项目。在 Title 处给项目命名（此处为：“Carbon_nanotube”），然后选择保存数据的文件夹，点击 OK 和 Open 开启项目。

2. 在 QuantumATK 主窗口，点击按钮打开 Builder。

3. 在 Stash 区，点击 Add From Plugin Nanotube，Nanotube Builder 的窗口出现。参照下图所示设置参数（M = N = 5），按下“Build”。

4. 在 Builder，选择 Bulk Tools Repeat，如下图所示，将该结构在 C 方向上扩展 10 倍，点击 “Apply”，按下 Ctrl + R 查看完整结构。

5. 点击按钮移除原胞。加帽纳米管无论如何都不会是周期性的，因此我们把它当做分子来构建。

1. 为将 C₆₀ 分子导入 Stash，点击 Add Add From Database，从菜单中选择 Databases Fullerenes。找到列表中的 C₆₀，按下按钮或双击它所在的行，将其发送至 Stash。

2. 在 C₆₀-CNT（5, 5）体系中，帽子的顶端是五边形。现在想象一下屏幕所在平面的坐标系，上北下南左西右东。然后旋转富勒烯使体系的西面为五边形，同时 Z 轴指向东，X 轴大体指向北。

3. 帽子由 30 个碳原子组成，相当于 C₆₀ 的一半。但是如果您将该分子切一半，会发现它很难粘在纳米管上。诀窍在于要额外的留下“一层”原子，与纳米管的边缘几乎完全匹配。因此，选中如上图所示的原子，然后删除。

4. 帽子的边缘由成对的原子组成，如同纳米管的边缘。因此，选中如下图所示的 3 个原子，2 个原子为一对，另外 1 个为相邻成对组合中的一个，利用按钮将它们替换为氮。这样只是为了在下一步可以很容易的识别它们。

1. 在 Stash，双击“（5, 5）碳纳米管”。

2. 在管边缘选择三个等效原子，就如在帽子上选择的三个原子。等效是指管的边缘看起来就像帽子的边缘，有成对的原子，目的是让这些原子相互匹配。将这三个原子替换为氧原子，同样也是为了便于识别。

3. 将 Stash 区的 C₆₀ 拖拽到 3D window，导入帽子。接下来的几个步骤可能会跟图像在精确细节处略有不同，具体取决于您将哪些原子更改为氮原子。

4. 当帽子被导入时， Move 工具被自动激活。选择其中一个氮原子（如图所示，成对原子中的第一个，没有与单独的氮原子相邻的那个，它的选中标记变为红色，标注为“0”）。然后拖动它，使其落在管中等效的氧原子上。

5. 然后选择成对氮原子中的另一个，当你拖动该原子（红色的选中标记，标注为“1”，）帽子不会移动，而是绕原子“0”和“1”之间的键旋转。旋转帽子使原子“1”与管边缘成对氧原子的另一个重叠。您也许需要旋转视图才能找到清晰的目标。

6. 最后，选择第三个氮原子，将其移动到第三个氧原子上（二面角旋转）。最终结构如下所示。

如果您没有成功（有时帽子是会被反转的），撤消最后两步，单击背景取消选择所有的锚原子，只选择一个原子并将帽子从管中移出一点，然后从步骤 4 开始再次尝试。将帽子与纳米管预对齐也是一个不错的办法。

此时有一些重叠的原子，实际上是我们利用它们创建的结构。您可以使用 Move 工具里的 “Fuse”，但是有些原子只是几乎重叠的情况而不会被检测到。

代替地，您可以选择 Move 工具，打开 Selection tools Close Neighbors，输入距离为 0.7 Å，按下“Select”（应该会有10个原子被选中），然后点击 Delete。
将所有的原子改回碳原子。
由于富勒烯的半径与纳米管的稍有不同，您需要优化帽子。然而，您将想要同时保持纳米管的另一端保持不变（完全的周期性），如果需要的话，方便稍后可以做扩展。因此，首先选择帽子和纳米管中的几层原子（大约是纳米管的一半就可以）。然后，打开 Coordinate Tools Quick Optimizer，设置最大迭代次数为 100，点击 “Run”。该工具采用 ATKClassical 势，因此优化只需要几秒钟。